PHAM THANH HA a HỆ THỐNG PHÂN LOẠI HẠT ĐIỀU BẰNG KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ


PHẠM THANH HÀ

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI HẠT ĐIỀU
BẰNG KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH

Tp. Hồ Chí Minh
Tháng 08 năm 2008


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ


HỆ THỐNG PHÂN LOẠI HẠT ĐIỀU
BẰNG KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH
Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn:
Th.S Đặng Phi Vân Hài

Sinh viên thực hiện:
Phạm Thanh Hà

Tp. Hồ Chí Minh
Tháng 08 năm 2008

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING
NONG LAM UNIVERSITY
FACULTY OF ENGINEERING & TECHNOLOGY


CASHEW NUT GRADING SYSTEM USING BY
IMAGE PROCESSING TECHNIQUE
Specialty: Automatic Control

Supervisor:
Ms.E Dang Phi Van Hai

Student:
Pham Thanh Ha

Ho Chi Minh, city
August, 2008


LỜI CẢM ƠN
Em xin trân trọng cảm ơn tất cả Quý Thầy / Cô ở trường Đại học Nông Lâm
TP.Hồ Chí Minh và Quý Thầy / Cô trong Khoa Cơ Khí đã trang bị cho em những kiến
thức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Điều Khiển Tự Động đã
giúp đỡ em nhiệt tình trong thời gian thực hiện Đề tài.
Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với cô Đặng Phi Vân Hài đã tận
tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm Luận văn tốt nghiệp.
Đặc biệt, em xin cảm ơn Quý Thầy / Cô trong Hội Đồng đã dành thời gian nhận

xét và góp ý để Luận Văn của em hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn bè đã
động viên, ủng hộ và luôn tạo cho em mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình
hoàn thành Luận Văn.
Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 08 năm 2008
Sinh viên thực hiện
Phạm Thanh Hà

i


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Trong vòng 6 – 7 năm trở lại đây, ngành chế biến hạt điều xuất khẩu Việt Nam
đã lớn mạnh vượt bậc – từ một nước chỉ xuất khẩu điều thô đã vươn lên trở thành một
nước đứng hàng đầu về sản xuất và chế biến điều, với những sản phẩm nổi tiếng có
mặt tại các thị trường lớn trên thế giới.
Tuy vậy, đa phần các doanh nghiệp chế biến trong nước vẫn chưa đáp ứng được
năng suất chế biến cũng như chất lượng sản phẩm đầu ra. Việc áp dụng quy trình tự
động hóa ở các công đoạn chính trong quá trình sản xuất như bóc tách hạt, lột vỏ lụa,
phân loại hạt v.v…vẫn chưa cao. Trong đó, công đoạn phân loại cuối cùng – khâu
mang tính quyết định đến công việc kiểm tra chất lượng hạt điều nhân trước khi đóng
gói xuất khẩu – lại chưa thu hút được sự quan tâm đáng kể trong công việc tự động
hóa.
Chính vì thế, với sự gợi ý và giúp đỡ của cô Đặng Phi Vân Hài, em đã thực hiện
đề tài này với mong muốn đưa lý thuyết về xử lý ảnh áp dụng vào quy trình phân loại,
để phần nào làm tăng hiệu suất làm việc trong dây chuyền chế biến hạt điều nhân cũng
như chất lượng hạt trước khi đóng gói. Cụ thể, em đã nghiên cứu và điều khiển mô
hình hệ thống phân loại hạt điều với sự giám sát của camera để phân biệt độ trắng –

nám của hạt điều, nhận biết và loại bỏ các hạt gãy, vỡ.
Do thời gian thực hiện, cũng như mức độ rộng lớn của đề tài, nên dù đã cố gắng
hết sức nhưng phương án giải quyết bài toán của em chắc chắn không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của Quý Thầy / Cô và
bạn bè để đề tài của em càng được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cám ơn.
Sinh viên thực hiện
Phạm Thanh Hà

SVTH: Phạm Thanh Hà

ii

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Cashew Nut Grading System Using By Image Processing Technique

SUMMARY
Within six or seven years recently, in Vietnam, cashew processing industry has
grown stronger by leaps. From a major raw cashew producing country, Vietnam has
became a leading country about cashew processing export, in common with a lot of
famous products, that have been traded on over the international market.
Nevertheless, the majority of domestic businesses haven’t satisfied productivity
and high-quality goods yet. Because some automatic processes into principal
manufacture’s steps, examples: separation shell-kernel, peeling, grading, ect… are not
thorough. Especially, the grading operation – the last important phase in quality
control on the kernel before export packaging – has not acttracted interest in
automatization considerably yet.
Thus, along with Mrs. Dang Phi Van Hai’s instruction, I had executed this thesis

to apply image processing theory to phase of cashew nuts grading in production line
desirously. That really improves to some extent productivity and high-quality cashews
on the increase after grading. More clearly, I had investigated and controlled cashew
grading model system through digital camera to differentiate white-level, to judge and
reject the broken cashews.
As limited duration and the thesis’ wide-level, even though I have tried my best,
my approaches cannot avoid shortcomings. I desire to receive constructive ideas of
your distinguished Teachers and my friends in order that I can improve my thesis more
perfectly.
I do thanks your distinguished Teachers and my friends from the bottom of my
heart.
Student
Pham Thanh Ha

Student: Pham Thanh Ha

iii

Supervisor: Ms.E Dang Phi Van Hai


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

MỤC LỤC
Trang
Trang tựa
Lời cảm ơn.......................................................................................................................i
Tóm tắt........................................................................................................................... ii
Mục lục ..........................................................................................................................iv
Danh sách các chữ viết tắt ..............................................................................................v

Danh sách các hình ........................................................................................................vi
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ................................................................................................1
CHƯƠNG 2. TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ ĐỀ TÀI...................3
2.1 Cơ sở lý thuyết quá trình phân loại sản phẩm rời.................................................3
2.1.1 Khái niệm và các phương pháp phân loại......................................................3
2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá quá trình phân loại.......................................................4
2.2 Một số thiết bị phân loại .......................................................................................6
2.2.1 Các loại máy phân loại kích thước hạt nông sản bằng sàng cơ học...............6
2.2.2 Máy phân loại màu sắc hạt nông sản bằng công nghệ tự động......................7
2.2.3 Một số tiêu chuẩn Việt Nam về nhân hạt điều (TCVN 4850:1998) ............13
2.2.4 Một số máy phân loại hạt điều có trên thị trường ........................................14
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN.............................................16
3.1 Phương tiện thực hiện .........................................................................................16
3.1.1 Thiết bị phần cứng .......................................................................................16
3.1.2 Thiết bị phần mềm .......................................................................................16
3.2 Phương pháp thực hiện .......................................................................................17
3.2.1 Nghiên cứu lý thuyết....................................................................................17
3.2.2 Bố trí phần cứng...........................................................................................17
3.2.3 Điều khiển cơ cấu chấp hành bằng cổng song song ....................................18
CHƯƠNG 4. THỰC HIỆN ĐỀ TÀI .........................................................................19
4.1 Tổng quan về Matlab ..........................................................................................19
4.1.1 Khái niệm Matlab.........................................................................................19
SVTH: Phạm Thanh Hà

iv

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

4.1.2 Giao diện Matlab..........................................................................................19
4.1.3 Khả năng và ứng dụng của Matlab ..............................................................20
4.1.4 Tổng quát về các kiểu dữ liệu trong Matlab ................................................20
4.1.5 Hệ thống lệnh trong Matlab (Matlab Function)...........................................21
4.1.6 Hệ thống lệnh trong thu thập và xử lý ảnh...................................................23
4.2 Xử lý ảnh.............................................................................................................28
4.2.1 Tổng quan về hệ thống xử lý ảnh.................................................................28
4.2.2 Quá trình thu nhận ảnh.................................................................................30
4.2.3 Quá trình tách đối tượng ..............................................................................34
4.2.4 Quá trình xử lý ảnh đối tượng......................................................................36
4.2.5 Quá trình nhận dạng đối tượng ....................................................................39
4.3 Kết luận...............................................................................................................44
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................46
5.1 Kết quả đạt được .................................................................................................46
5.2 Hướng phát triển đề tài .......................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

SVTH: Phạm Thanh Hà

v

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CCD – Charge Coupled Device.
CIF – Common Intermediate Format.
CMOS – Complementary Metal-Oxide-Semiconductor.
MATLAB – Matrix Laboratory.
PIXCEL – Picture Element.
QCIF – Quarter CIF.
SVGA – Super Video Graphics Array.
VGA – Video Graphics Array.
WEBCAM – Web Camera
XGA – Xtended Graphics Array.

SVTH: Phạm Thanh Hà

vi

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Chương 2.

Trang

Hình 2.1: Đồ thị phân chia hỗn hợp thành hai cấu tử

5

Hình 2.2: Nguyên lý làm việc của sàng Pakis

7

Hình 2.3: Đường di chuyển của thóc gạo trên mặt sàng

7

Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động của sàng khay

7

Hình 2.5: Các công nghệ then chốt đóng góp vào sự phát triển hệ thống

8

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý - cấu trúc hệ thống phân loại hạt theo màu sắc

9

Hình 2.7: Yêu cầu phân loại theo màu sắc

9

Hình 2.8: Sự sai khác so với nền (chỉnh ngang bằng với hạt tốt) của hạt lỗi và tạp chất
9

Hình 2.9: Quan hệ giữa hệ số phản xạ và bước sóng đối với gạo và các loại tạp chất
10

Hình 2.10: Mô hình tương tác ánh sáng với bề mặt vật liệu

10

Hình 2.11: Lưu đồ thuật toán thu thập xử lý thời gian thực

11

Hình 2.12: Lưu đồ thuật toán xử lý nhận dạng

12

Hình 2.13: Lưu đồ thuật toán chu trình tổng quát

12

Hình 2.14: Máy Ropsotec 3.01A

12

Hình 2.15: Máy Opsotec

13

Hình 2.16: Máy phân loại độ lớn hạt điều

15

Hình 2.17: Máy phân loại hạt điều và một số các hạt ngũ cốc khác

15

Hình 2.18: Hạt điều bị loại và hạt điều thành phẩm sau khi phân loại

15

Hình 2.19: Máy phân loại hạt điều

15

Chương 3.
Hình 3.1: Buồng chứa hạt điều

16

Hình 3.2: Cơ cấu chấp hành

16

Hình 3.3: Hệ thống xử lý ảnh phân loại hạt điều

17

Hình 3.4: Giao diện Labview

18

SVTH: Phạm Thanh Hà

vii

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

Chương 4.
Hình 4.1: Biểu tượng Matlab

19

Hình 4.2: Giao diện cửa sổ Matlab

19

Hình 4.3: Các kiểu dữ liệu của Matlab

20

Hình 4.4: Giao diện Matlab khi sử dụng lệnh imread

24

Hình 4.5: Giao diện Matlab khi sử dụng lệnh imshow

24

Hình 4.6: Kết nối Matlab với camera

25

Hình 4.7: Khối màu RGB

25

Hình 4.8: Khối màu CIELAB

26

Hình 4.9: Kết quả đổi từ ảnh RGB sang gray

26

Hình 4.10: Ảnh sau khi lấy cạnh bằng phương pháp Sobel

27

Hình 4.11: Ảnh sau khi thực hiện lệnh dilate và erode

27

Hình 4.12: Ảnh sau khi thực hiện lệnh bwareaopen

28

Hình 4.13: Biểu đồ phân bố giá trị màu

28

Hình 4.14: Sơ đồ các giai đoạn của quá trình xử lý ảnh

29

Hình 4.15: Cấu tạo CCD

30

Hình 4.16: Cấu tạo CMOS

31

Hình 4.17: Hệ thống làm việc của Camera CMOS

31

Hình 4.18: Cấu trúc nhận ảnh từ Camera trên Window

32

Hình 4.19: Thông số của ảnh

32

Hình 4.20: Cấu tạo ảnh RGB

33

Hình 4.21: Sơ đồ quá trình tách đối tượng

34

Hình 4.22: Ảnh hạt điều cần xử lý

35

Hình 4.23: Ảnh hạt điều sau khi lấy hình chữ nhật

35

Hình 4.24: Sơ đồ các bước xử lý ảnh đối tượng

36

Hình 4.25: Phép toán Erode

37

Hình 4.26: Phép toán Dilate

37

Hình 4.27: Ảnh hạt điều sau khi lấy biên

38

Hình 4.28: Ảnh hạt điều sau khi dilate

38

Hình 4.29: Ảnh hạt điều sau khi xử lý Morphology

39

Hình 4.30: Lưu đồ giải thuật nhận dạng hạt điều

41

SVTH: Phạm Thanh Hà

viii

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

Hình 4.31: Lưu đồ giải thuật nhận dạng màu hạt điều

42

Hình 4.32: Ảnh kết quả

44

Hình 4.33:Sơ đồ quá trình xử lý và nhận dạng

45

SVTH: Phạm Thanh Hà

ix

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

Chương 1
MỞ ĐẦU

1.1 Tổng quan
Kỹ thuật chế biến hạt điều xuất khẩu, bắt nguồn từ Ấn Độ, lần đầu tiên xuất hiện
vào khoảng nửa đầu thế kỷ XX. Và lúc bấy giờ, mặt hàng nông sản này đã đem về một
nguồn lợi không nhỏ cho đất nước họ. Ngày nay, hạt điều đã trở thành một mặt hàng
quan trọng trong thương mại thế giới với khối lượng xuất khẩu trên 100.000 tấn / năm.
Các nước xuất khẩu chủ yếu là Brazil, Mozambique, Tazania, Nigeria, v.v….
Nhận thức rõ về tiềm năng tiêu thụ trên thế giới là rất lớn, cùng với sự vận động
phát triển của bản thân, ngành điều Việt Nam đã dần dần khẳng định vị trí của mình
trên thương trường quốc tế trong nhiều năm trở lại đây. Theo đó, các nhà máy cơ sở
chế biến đã tăng lên một cách nhanh chóng với đủ loại quy mô lớn nhỏ. Tuy tốc độ
phát triển nhanh như vậy song thực tế, năng suất lẫn chất lượng sản phẩm ở những cơ
sở này vẫn chưa cao vì toàn bộ quy trình sản xuất vẫn chủ yếu dựa vào lao động phổ
thông là chính. Việc sử dụng một lượng lớn nhân công mặc dù đã giải quyết được tình
trạng thiếu việc làm cho rất nhiều lao động, song điều này dẫn đến chi phí lao động
chiếm tỷ lệ khá cao trong giá thành, làm giảm lợi nhuận cũng như sức cạnh tranh của
sản phẩm điều chế biến xuất khẩu, và trong tương lai, tình trạng thiếu lao động là điều
không thể tránh khỏi. Để bắt kịp xu thế phát triển, tận dụng triệt để giá trị tiềm năng
của mặt hàng nông sản này mang lại, việc áp dụng “cơ giới hóa, tự động hóa” trong
công nghệ chế biến hạt điều là thiết yếu.
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, dây chuyền chế biến hạt điều tại

các doanh nghiệp Việt Nam hiện nay cũng đã cải thiện được phần lớn ở các khâu quan
trọng như bóc tách hạt, lột vỏ lụa, …; riêng đối với khâu phân loại hạt cuối cùng vẫn
SVTH: Phạm Thanh Hà

1

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

chưa được chú ý đến nhiều. Cho đến nay, công đoạn này tuy đã được cải thiện bằng
băng chuyền ở một số nhà máy chế biến lớn nhưng chưa tự động hoàn toàn, vẫn còn
phụ thuộc nhiều vào nhân công.
Tóm lại, ngành chế biến điều xuất khẩu Việt Nam tuy vẫn đang phát triển mạnh,
nhưng muốn giữ vững được vị thế của mình như hiện nay thì cần tối ưu hóa các công
đoạn sản xuất hơn nữa. Trong đó, tự động hóa công đoạn phân loại sản phẩm sẽ góp
phần không nhỏ vào việc tăng năng suất lao động, tăng độ chính xác sau khi phân loại,
tăng chất lượng sản phẩm và nâng cao tính an toàn thực phẩm trước khi đóng gói.
1.2 Mục đích và yêu cầu nghiên cứu
Mục đích của đề tài này là nghiên cứu và khảo nghiệm hệ thống phân loại hạt điều
bằng phương pháp xử lý ảnh. Vì thời gian giới hạn cũng như mức độ rộng lớn của đề
tài nên em chỉ thực hiện nghiên cứu các vấn đề cơ bản sau:
 Phân biệt độ trắng của hạt điều: phân biệt hạt điều trắng – nám.
 Phân biệt hạt điều nguyên với hạt điều gãy ngang.

SVTH: Phạm Thanh Hà

2

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

Chương 2
TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ TRỰC
TIẾP ĐỀ TÀI

2.1 Cơ sở lý thuyết quá trình phân loại sản phẩm rời
2.1.1 Khái niệm và các phương pháp phân loại
a. Khái niệm
Vật liệu rời là các vật liệu dạng hạt như đường, bột, hạt ngũ cốc, v.v… Thông
thường vật liệu rời bao gồm nhiều thành phần khác nhau và thường không hoàn toàn
đồng nhất.
Bất kỳ một hỗn hợp nào cũng có thể phân chia một cách cơ học thành các thành
phần khác nhau theo tính chất cơ lý của chúng. Những tính chất cơ lý quan trọng nhất
để phân loại hạt là hệ số thổi bay, kích thước hạt, dạng hạt, đặc tính (trạng thái) bề
mặt, khối lượng riêng và tính đàn hồi.
Nguyên liệu của các xí nghiệp xay xát, xí nghiệp bột, xí nghiệp chế biến thức ăn
gia súc,… là hỗn hợp các hạt hoặc sản phẩm từ hạt, chúng không giống nhau về độ
lớn. Tất cả các hỗn hợp này đều ở dạng xốp. Trong hỗn hợp này thường có lẫn tạp
chất. Độ tạp chất cao sẽ làm giảm phẩm chất cũng như giá trị của nguyên liệu.
Như vậy, quá trình phân loại hỗn hợp được chia làm 2 quá trình nhỏ là làm sạch và
phân loại theo cỡ hạt.
Làm sạch hỗn hợp nguyên liệu tức là phân chia hỗn hợp sao cho loại bỏ tối đa các
tạp chất lẫn trong hỗn hợp để thu được khối nguyên liệu có cùng tính chất sử dụng với
những tính chất công nghệ tương tự như nhau.
Phân loại là phân chia hỗn hợp nguyên liệu hoặc sản phẩm thành các phần đồng
nhất.

SVTH: Phạm Thanh Hà

3

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

b. Các phương pháp phân loại
Thiết bị phân loại được phân thành 2 nhóm sau:
-

Nhóm đơn giản: Các máy phân loại thuộc nhóm này có nhiệm vụ phân loại hỗn
hợp thành hai thành phần theo một dấu hiệu riêng. Ví dụ: mặt sàng với mội loại
lỗ (cùng kích thước và hình dạng lỗ), máy chọn theo cỡ hạt, ống phân loại,…

-

Nhóm phức tạp: Các máy phân loại theo nhóm này có cấu tạo gồm hai hoặc
nhiều máy đơn giản trong một hệ thống hoàn chỉnh và có thể tách hỗn hợp
thành ba hoặc bốn thành phần trở lên theo những tính chất riêng. Ví dụ: máy
phân loại bằng sàng quạt để tách tạp chất nhẹ bằng khí động và phân hỗn hợp
thành phần theo kích thước.

Hiện nay trong sản suất, quá trình phân lọai có thể thực hiện trên một số máy theo
các nguyên lý sau:
- Phân loại theo kích thước hình học của hạt: dùng các loại máy sàng, máy rây và
ống phân loại hạt kiểu ống trụ
- Phân loại theo trạng thái bề mặt của hạt: máy gằn thóc khỏi gạo lức (máy sàng

Pakis, máy sàng kiểu khay)
- Phân lọai theo khối lượng riêng: dùng băng tải nghiêng, mặt xoắn ốc, các lọai
máy gằn đá, sàng Pakis, sàng kiểu khay,
- Phân loại theo tính chất khí động của hạt: dùng quạt thổi hoặc hút
- Phân lọai theo từ tính: dùng nam châm vĩnh cửu và nam châm điện để tách các
tạp chất sắt
- Phân loại theo màu sắc: dùng các máy phân loại bằng điện tử và quang điện
2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá quá trình phân loại
a. Khả năng phân loại của hỗn hợp
Cơ sở để chọn phương pháp làm việc cho máy phân loại là dựa vào các tính chất
vật lý của các cấu tử trong hỗn hợp. Kết quả nghiên cứu tính chất cơ lý cho phép chọn
được cách tách hỗn hợp đã cho theo một trong như thông số vật lý đã nêu sao cho cấu
tử được tách ra đảm bảo tính đồng nhất, nghĩa là xác định khả năng phân chia của hỗn
hợp.

SVTH: Phạm Thanh Hà

4

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

Hình 2-1 biễu diễn đồ thị phân chia hỗn hợp thành hai cấu tử. Trục hoành biểu diễn
tính chất cơ lý x chọn làm phương pháp phân loại. Trục y biểu diễn tần suất. Khi phân
loại hỗn hợp hai cấu tử này có 3 trường hợp xảy ra như sau:
 < 0 khi hai cấu tử có chung một số phần tử theo tính chất cơ lý x. Hỗn hợp

-

dạng này khó phân loại.
 = 0 khi hai cấu tử theo tính chất cơ lý x khác nhau hoàn toàn. Hỗn hợp này

-

dễ phân loại.
 = o khi hai cấu tử có tính chất cơ lý x hoàn toàn giống nhau. Hỗn hợp này

-

không thể phân loại.
y

0

y

x
D

y

x

0

D

o



x

0
o

o

a.

c.

b.

Hình 2.1: Đồ thị phân chia hỗn hợp thành hai cấu tử
: độ chập nhau tính chất cơ lý x của hai cấu tử
o: khoảng tính chất cơ lý x của hai cấu tử
Khả năng phân loại của hai cấu tử đặc trưng bởi hệ số  :


0  

 1
0
0

(2-1)

;

b. Hiệu suất làm sạch và phân loại
Hiệu suất làm sạch và phân loại được đánh giá theo các chỉ tiêu sau:
-

Hiệu suất làm sạch tương đối  tđ
 tđ 

A B
 100 , %  ;
B

(2-2)

Trong đó:
A – tỷ lệ tạp chất trong nguyên liệu ban đầu, [%]
B – tỷ lệ tạp chất trong nguyên liệu đã làm sạch, [%]
-

Hiệu suất làm sạch tuyệt đối 

SVTH: Phạm Thanh Hà

5

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh



Q1  A  Q 2  B
 100 , %  ;
Q1  A

(2-3)

Trong đó:
Q1 – lượng nguyên liệu vào thiết bị làm sạch, [kg/h]
Q2 – lượng nguyên liệu được làm sạch, [kg/h]
-

Hiệu suất phân loại  pl được đánh giá qua hai chỉ tiêu chất lượng  và số
lượng 

+ Chỉ tiêu chất lượng  tính bằng cách lấy 100 g nguyên liệu đã được phân loại
đưa vào sàng thí nghiệm để kiểm tra:


q 0  q1
 100 , %  ;
q0

(2-4)

Trong đó:
q0 – lượng hạt đem phân tích, thường q0 = 100 g ;
q1 – lượng hạt bị loại tiếp trong khi thí nghiệm, [g]

+ Chỉ tiêu số lượng  cũng được tính thông qua đo đạc bằng sàng kiểm tra:


q1
 100 ,
q2

%  ;

(2-5)

Trong đó:
Q1 – tỷ lệ hạt lọt sàng trong thực tế sản xuất, [%]
Q2 – tỷ lệ hạt lọt sàng xác định bằng sàn kiểm tra, [%]
+ Hiệu suất phân loại  pl :
 pl     ,

%  ;

(2-6)

Nếu  pl > 95% là đạt yêu cầu.
2.2 Một số thiết bị phân loại
2.2.1 Các loại máy phân loại kích thước hạt nông sản bằng sàng cơ học
- Sàng phẳng: có thể là công cụ đơn giản làm bằng các loại vật liệu tre trúc hoặc
có thể là các máy sàng hiện đại có khả năng phân loại chính xác các loại vật
liệu rời theo các kích thước khác nhau.

SVTH: Phạm Thanh Hà

6

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

-

Sàng ống quay: thường dùng để làm sạch các loại hạt nông sản, tách bụi, cát và
các tạp chất lớn, rơm, rạ, … Thường sàng ống quay được kết hợp nhiều ống và
cả quạt hút để làm sạch tốt hơn.

-

Ống phân loại: sử dụng hiệu quả trong công nghiệp xay xát, dùng phân loại hạt
dài và ngắn, ví dụ như phân loại tấm ra khỏi gạo.

-

Sàng phân loại thóc gạo: gồm hai loại
 Sàng phân loại kiểu zig-zag (sàng Pakis): đây là loại sàng công dụng đặc biệt
dùng cho phân loại hỗn hợp thóc gạo sau khi xay.

Hình 2.2: Nguyên lý làm việc của sàng Pakis (Nguồn: Internet)
 Sàng khay (sàng giật): cũng dùng để phân riêng hỗn hợp thóc gạo sau khi xay.

Hình 2.3: Đường di chuyển của thóc
gạo trên mặt sàng (Nguồn: Internet)

Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động
của sàng khay (Nguồn: Internet)

2.2.2 Máy phân loại màu sắc hạt nông sản bằng công nghệ tự động
2.2.2.1 Tổng quan về ứng dụng công nghệ xử lý ảnh trong hệ thống phân loại
theo màu sắc
Hệ thống phân loại hạt nông sản bằng màu sắc do Viện máy và dụng cụ công
nghiệp - IMI Holding trong nước đã nghiên cứu và phát triển, bước đầu đang đưa vào
thử nghiệm trong thực tế sản xuất cho hai loại hạt là hạt café và hạt gạo. Dưới đây
phân tích một số kết quả nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh trong máy phân loại
hạt theo màu sắc của Viện IMI.
SVTH: Phạm Thanh Hà

7

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

 Hệ thống phân loại hạt theo màu sắc và những vấn đề chính phải giải quyết

Hình 2.5: Các công nghệ then chốt đóng góp vào sự
phát triển hệ thống (Nguồn: Internet)
Những năm gần đây, công nghệ quang học gắn kết với các hệ thống cơ điện tử
rất nhanh, tạo ra số lượng lớn sản phẩm cơ điện tử - các máy móc, hệ thống với những
bộ phận quang học “thông minh”. Như biểu diễn ở hình 2.5, sự hiện diện của công
nghệ quang học ngày càng rõ nét, cho phép nâng cao giá trị và hiệu năng của hệ thống,
bởi các phần tử quang học kết hợp với các phần tử cơ điện tử nhúng trong hệ thống đã
đem lại giải pháp cho nhiều vấn đề kỹ thuật hóc búa.

 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống (Hình 2.6)
Vật liệu (gạo, café) được cấp bằng bộ cấp liệu rung xuống máng dẫn, ổn định
quĩ đạo trên máng rồi chuyển động qua vùng nhận dạng của camera (CCD hoặc
CMOS). Màu sắc của đối tượng dịch chuyển (hạt gạo, café) được nhận biết tức thời
(xử lý thời gian thực) và máy tính công nghiệp (IPC) ra quyết định về khả năng chấp
nhận hạt đã nhận dạng, phát tín hiệu cho súng phun khí nén bắn hạt đó ra khỏi quĩ đạo
dịch chuyển nếu không đạt yêu cầu về chất lượng (trong trường hợp này thông qua
màu sắc), và ngược lại thì không phát tín hiệu.
Qua khỏi vùng nhận dạng, gạo chính phẩm và phế phẩm sẽ được phân tách và
chứa trong hai khoang chứa tách biệt. Từ đây có thể vào kho hoặc qua máy đóng bao.
Việc xử lý và ra quyết định chỉ được phép diễn ra dưới 0,13 mili giây. Bài toán
xử lý thời gian thực ở đây đóng vai trò vô cùng quan trọng. Nó đòi hỏi hệ thống chiếu
sáng phù hợp, kết cấu buồng nhận dạng chuẩn xác, cho phép phân tách các ngưỡng
màu tốt, hệ thống camera ghi nhận hình ảnh gần như tức thời và tốc độ chuyển đổi tín
hiệu, tốc độ tính toán rất cao. Nguồn sáng sử dụng là đèn fluorescence tần số cao (100
SVTH: Phạm Thanh Hà

8

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

kHz). Camera CCD quét dòng được tính toán chọn
phù hợp về tốc độ, độ phân giải, độ nhạy. Các van
điện khí chuyên dụng có đặc tính trễ dưới 0,7 mili
giây. Phần điều khiển điện tử được Viện IMI thiết
kế chế tạo trong nước.
Độ chính xác của kết cấu cơ khí cũng đóng

vai trò quan trọng trong việc ổn định dòng liệu,
giúp cho phần xử lý chỉ phải bù các sai số hệ thống.
Các hệ thống cơ khí được gia công trên máy CNC
với độ chính xác đến 10-3mm.
Bài toán ở đây là tổng hợp của nhiều
nhiệm vụ phải giải quyết về cơ khí chính xác, kỹ

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý cấu trúc hệ thống phân loại hạt
theo màu sắc (Nguồn: Internet)

thuật quang điện, hệ thống điện tử điều khiển, phần mềm xử lý, điện động lực, các cơ
cấu tác động nhanh, v.v…
 Cơ sở ánh sáng và vấn đề nhận dạng, phân loại hạt nông sản (gạo) theo màu sắc
Hình 2.7 là ảnh chụp hạt gạo đầu vào,
đầu ra. Gạo đầu vào (đã qua các công đoạn
khác của dây chuyền xử lý như xay xát, sàng
sảy, đánh bóng,…) được nhận dạng và xử lý
loại bỏ các hạt ngoại lai (hạt đỏ, vàng, bạc
bụng, tạp chất). Muốn phân loại tốt, phải nhận
dạng chính xác, ra quyết định đúng và kịp thời

Hình 2.7: Yêu cầu phân loại
theo màu sắc (Nguồn: Internet)

để xử lý loại bỏ hạt ngoại lai vốn được phân
định theo màu sắc (Hình 2.8).

Hình 2.8: Sự sai khác so với nền (chỉnh ngang bằng
với hạt tốt) của hạt lỗi và tạp chất (Nguồn Internet)
SVTH: Phạm Thanh Hà

9

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

Hình 2.9 là quan hệ xác định bằng thực nghiệm, qua đó cho phép phân định các
hạt ngoại lai trên cơ sở lựa chọn nguồn sáng phù hợp. Không chỉ cần nguồn sáng phù
hợp, quan trọng và khó khăn hơn nhiều là phải đảm bảo camera nhận được màu sắc
chuẩn xác - đây chính là mấu chốt để đảm bảo chất lượng nhận dạng.

Hình 2.9: Quan hệ giữa hệ số phản xạ và bước sóng
đối với gạo và các loại tạp chất (Nguồn: Internet)
Ánh sáng là một trường hợp riêng của sóng điện từ, tương tác với bề mặt vật
liệu theo phương thức: phản xạ, khuếch tán, khúc xạ, tổng hợp (Hình 2.10). Tuỳ thuộc
vào tính chất bề mặt mà tương tác theo khuynh hướng nào trội nhất. Với máy phân loại
hạt nông sản nói chung, do tính chất vật liệu, chỉ khảo sát trường phản xạ và khuếch
tán.

Hình 2.10: Mô hình tương tác ánh sáng với bề mặt vật liệu
(Nguồn: Internet)
 Phần mềm nhận dạng và điều khiển máy phân loại hạt theo màu sắc

Cấu trúc hệ thống xử lý nhận dạng trong máy phân loại hạt theo màu sắc dựa
trên nền máy tính công nghiệp, gồm các nhóm chức năng chính như sau:
o Đặt ngưỡng phân loại.
o Bắt đầu - Kết thúc quá trình phân loại.
o Thiết đặt và kiểm tra (chọn chế độ, module, kiểm tra van, chổi quét, bộ

rung).
SVTH: Phạm Thanh Hà

10

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

o Thiết lập các tham số và hiệu chỉnh máy (thiết đặt camera, thông số trễ bắn
và duy trì thổi khí, tự động hiệu chỉnh, theo dõi phổ).
“Phần mềm nhận dạng và điều khiển máy phân loại gạo theo màu sắc” đã được
đăng ký bản quyền tác giả số 1533/2004/QTG tại Cục bản quyền tác giả. Phần mềm
này được chia thành 4 nhóm thuật toán chính sau:
o Thu thập và xử lí theo thời gian thực (Hình 2.11).
o Thuật toán xử lí nhận dạng hạt (Hình 2.12).
o Các hàm điều điều khiển logic chung của toàn máy (Hình 2.13).
o Các hàm và tiện ích dùng để phân tích và hiển thị ảnh số.

Hình 2.11: Lưu đồ thuật toán thu thập xử lý
thời gian thực
(Nguồn: Internet)
SVTH: Phạm Thanh Hà

11

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài

Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

Hình 2.12: Lưu đồ thuật toán
xử lý nhận dạng
(Nguồn: Internet)

Hình 2.13 Lưu đồ thuật toán chu trình tổng quát
(Nguồn: Internet)
2.2.2.2 Một số máy phân loại do viện IMI nghiên cứu và chế tạo
a. Máy phân loại gạo theo màu sắc
- Mã hiệu máy Ropsotec 3.01A có năng suất thiết kế 3 - 4tấn / giờ (Hình 2.14).
- Kết cấu của máy bao gồm 5 khối thiết bị chính sau:
+ Hệ thống cấp liệu: Bao gồm 02 bộ
cấp liệu, trong đó mỗi bộ có bộ rung điện từ, máng
rung, máng trượt.
+ Hệ thống nhận dạng, xử lý, điều
khiển: Bao gồm 02 bộ camera, các đèn chiếu sáng,
đèn tạo nền, máy tính IPC, các card giao tiếp và điều
khiển van thổi.
+ Hệ thống chấp hành: tủ điện động

Hình 2.14: Máy Ropsotec 3.01A
(Nguồn: Viện IMI)

lực, hệ thống khí nén, chổi quét.
+ Hệ thống nhận liệu: thùng chứa liệu, máng nhận và thùng chứa thành
phẩm, máng nhận và thùng chứa phế phẩm.
SVTH: Phạm Thanh Hà

12

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài


Hệ Thống Phân Loại Hạt Điều Bằng Kỹ Thuật Xử Lý Ảnh

+ Thân và khung máy: bao gồm các thùng máy trước (lắp đặt hệ thống
điều khiển và hệ đèn nền), thùng máy sau ( lắp đặt camera và đèn chiếu sáng), các thiết
bị trong thùng máy trước và thùng máy sau được làm mát bằng quạt gió.
b. Máy phân loại café theo màu sắc
- Mã máy Opsotec có năng suất thiết kế 3 – 4 tấn / giờ.
- Máy gồm những phần sau:
+ Hệ thống điều khiển có khả năng
lập chương trình làm việc tự động, thay đổi độ nhạy
màu, thay đổi năng suất, thay đổi tỷ lệ hạt lỗi còn
sót lại theo yêu cầu.
+ Tự động điều chỉnh độ chiếu sáng
nền, tự động hiệu chuẩn theo chu kỳ định trước
+ Hiển thị các tham số chính của hệ

Hình 2.15: Máy Opsotec
(Nguồn: Viện IMI)

thống dưới dạng bảng và đồ thị.
+ Hệ thống khí nén nhận nguồn khí cấp từ ngoài máy, tiêu thụ 25 l / s
(53 cfm), áp lực 5 - 7 bar (72 -102 Psi).
+ Có thiết bị tự động làm sạch bụi kính, quạt thông gió.
+ Kết cấu máy chắc chắn, bảo đảm kiểu dáng công nghiệp, thuận tiện
cho công tác vận chuyển, lắp đặt, vận hành.
2.2.3 Một số tiêu chuẩn Việt Nam về nhân hạt điều (TCVN 4850:1998)

a. Thuật ngữ - khái niệm và định nghĩa
 Hạt điều: quả thực của cây điều
 Quả điều: quả giả của cây điều
 Nhân hạt điều: phần ăn được của hạt điều sau khi bóc vỏ quả và vỏ hạt điều
 Vỏ hạt điều: là phần bao bọc nhân và vỏ lụa
 Dầu vỏ hạt điều: chất lỏng chứa trong vỏ hạt điều có thành phần chính là
Anacardic axit và cardol.
 Vỏ lụa: vỏ bao bọc nhân hạt điều
 Nhân nguyên (W): là nhân nguyên vẹn hoặc nhân bị vỡ không quá 1/8 kích
thước của nhân.
SVTH: Phạm Thanh Hà

13

GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài